Etude du changeur de fréquence à cinq niveaux à cellules imbriquées

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE

CHAPITRE I. MODELISATION ET COMMANDE VECTORIELLE DE LA MACHINE ASYNCHRONE DOUBLE ETOILE

I.A. INTRODUCTION

I.B. MISE EN EQUATIONS

I.B.1. Préliminaires

I.B.1.1. Description, rappels

I.B.1.2. Hypothèses simplificatrices

I.B.2. Modèle dans le repère naturel (sa1-sb1-sc1)(sa2-sb2-sc2)-(ra-rb-rc)

I.B.2.1. Equation aux tensions

I.B.2.2. Equation aux flux

I.B.2.3. Equation mécanique

I.B.2.4. Couple électromagnétique

I.B.3. TRANSFORMATION DE PARK

I.B.3.1. Choix du référentiel

I.B.3.2. Mise sous forme d'équations d'état

I.C. COMMANDE VECTORIELLE DE LA MASDE

I.C.1. Introduction

I.C.2. Principe du contrôle vectoriel

I.C.3. Procédé d’orientation du flux

I.C.4. Différentes méthodes de la commande par l’orientation du flux

I.C.4.1. Contrôle vectoriel direct

I.C.4.2. Contrôle vectoriel indirect

I.C.5. Structure d’une alimentation par orientation du flux

I.C.6. Découplage des équations

I.C.7. Commande en boucle ouverte de la machine asynchrone double étoile

I.D. LA REGULATION

I.D.1. Calcul des paramètres de régulateur PI

I.D.1.1. Régulation sur l'axe d

I.D.1.1.1. Régulateurs des courants is1d et is2d

I.D.1.2. Régulation sur l'axe q

I.D.1.2.1. Régulation des courants isq1 et isq2

I.D.2. Synthèse de régulation de vitesse

E. Simulation et interprétation

I.E.1. Résultats de simulation

I.E.2. Interprétation des résultats

F. CONCLUSION

CHAPITRE II. MODELISATION ET STRATEGIES DE COMMANDE DE L’ONDULEUR DE TENSION A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

II.A. INTRODUCTION

II.B. MODELISATION DE L’ONDULEUR TRIPHASE A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

II.B.1. Topologie de l’onduleur triphasé à cinq niveaux à cellules imbriquées

II.B.2. Structure d’un bras d’onduleur triphasé à cinq niveaux à cellules imbriquées

II.B.2.1. Différentes configurations d’un bras d’onduleur à cinq niveaux à cellules imbriquées

II.C. RESEAU DE PETRI D’UN BRAS D’ONDULEUR A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

II.D. MODELE DE CONNAISSANCE DE L’ONDULEUR TRIPHASE A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

II.D.1. Commandabilité des convertisseurs statiques

II.D.2. Fonction de connexion des interrupteurs

II.E. MODELISATION AUX VALEURS INSTANTANEES

II.F. RELATIONS DE CONVERSION SIMPLE ET COMPOSEE

II.G. MODELE DE CONNAISSANCE

II.H. STRATEGIES DE COMMANDE DE L’ONDULEUR TRIPHASE A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

II.H.1. Généralités sur les M.L.I. triphasées

II.H.2. Commande triangulo-sinusoïdale à quatre porteuses en dent de scie bipolaires

II.H.2.1. Résultats de simulation

II.H.2.2. Interprétation des résultats

II.H.3. Modulation vectorielle

II.H.3.1. Résultats de simulation

II.H.3.2. Interprétation des résultats

II.H.4. Comparaison des stratégies

II.I. ALIMENTATION DE LA MASDE PAR DEUX ONDULEURS TRIPHASES A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

II.I.1. Résultats de simulation

II.I.2. Interprétation des résultats

II.J. CONCLUSION

CHAPITRE III. CHANGEUR DE FREQUENCE UTILISANT L’ONDULEUR DE TENSION A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES

III.A. INTRODUCTION

III.B. CASCADE DE DEUX REDRESSEURS DE COURANT À MLI- DEUX ONDULEURS DE TENSION A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES- MASDE

III.C. MODELISATION DU REDRESSEUR DE COURANT A DEUX NIVEAUX

III.C.1. Commande en courant par hystérésis

III.C.1.2 Résultats de simulation

III.C.1.3 Interprétation des résultats

III.D. MODELISATION DU FILTRE INTERMEDIAIRE

III.D.1. Résultats de simulation

III.D.2. Interprétation des résultats

III.E. PONT DE CLAMPING

III.E.1. CASCADE DEUX REDRESSEURS DE COURANT TRIPHASE A DEUX NIVEAUX –DEUX PONT DE CLAMPING – DEUX ONDULEURS TRIPHASES DE TENSION A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES – MASDE

III.E.2. MODELISATION ET COMMANDE DU PONT DE CLAMPING

III.E.2.1. Résultats de simulation

III.E.2.2. Interprétation des résultats

III.F. CONCLUSION

Objectifs et thèmes de recherche

Cette étude se concentre sur le développement d'un nouveau convertisseur multiniveaux, spécifiquement l'onduleur à cinq niveaux à cellules imbriquées, destiné à alimenter une machine asynchrone double étoile (MASDE). L'objectif est d'optimiser les performances techniques, notamment en réduisant le taux d'harmoniques et en améliorant la stabilité des tensions d'entrée pour des applications de forte puissance.

• Modélisation mathématique et commande vectorielle de la machine asynchrone double étoile (MASDE).
• Conception d'une nouvelle topologie d'onduleur multiniveau à cinq niveaux avec des cellules imbriquées.
• Comparaison de stratégies de commande (MLI triangulo-sinusoïdale vs modulation vectorielle) pour l'onduleur.
• Étude d'une structure de changeur de fréquence indirect avec intégration d'un pont de clamping pour la stabilisation.

Extrait du livre

Résumé des chapitres

CHAPITRE I. MODELISATION ET COMMANDE VECTORIELLE DE LA MACHINE ASYNCHRONE DOUBLE ETOILE: Ce chapitre traite de la modélisation mathématique de la MASDE et détaille la mise en œuvre de la commande vectorielle à flux orienté pour assurer un découplage entre le couple et le flux.

CHAPITRE II. MODELISATION ET STRATEGIES DE COMMANDE DE L’ONDULEUR DE TENSION A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES: Ce chapitre développe le modèle de connaissance de l'onduleur à cinq niveaux et compare différentes stratégies de modulation (MLI triangulo-sinusoïdale et modulation vectorielle) pour optimiser les performances de conversion.

CHAPITRE III. CHANGEUR DE FREQUENCE UTILISANT L’ONDULEUR DE TENSION A CINQ NIVEAUX A CELLULES IMBRIQUEES: Ce dernier chapitre propose une solution de changeur de fréquence utilisant une cascade de redresseurs et d'onduleurs, avec l'intégration d'un pont de clamping pour assurer la stabilité des tensions d'entrée.

Mots-clés

Machine asynchrone double étoile (MASDE), onduleur multiniveau, cellules imbriquées, commande vectorielle, flux rotorique, modulation de largeur d'impulsion (MLI), modulation vectorielle, pont de clamping, stabilité de tension, électronique de puissance, conversion statique, simulation numérique, MATLAB/SIMULINK, taux d'harmoniques, redresseur de courant.

Foire aux questions

Quelle est la problématique principale de cette étude ?

La recherche traite de l'instabilité des tensions et de la complexité de commande associées aux onduleurs haute tension, en proposant une nouvelle topologie à cinq niveaux à cellules imbriquées pour améliorer la qualité de l'alimentation des machines asynchrones double étoile.

Quels sont les domaines d'application visés par ces travaux ?

Les applications concernent principalement la traction ferroviaire, la propulsion navale et l'alimentation de machines de forte puissance nécessitant une conversion d'énergie efficace.

Quel est le rôle de la commande vectorielle ici ?

Elle permet de découpler le contrôle du flux et du couple électromagnétique, rendant le comportement dynamique de la machine asynchrone comparable à celui d'une machine à courant continu.

Quelle est la fonction du pont de clamping ?

Le pont de clamping sert à stabiliser la tension d'entrée des onduleurs et à limiter les surtensions, réduisant ainsi les perturbations et améliorant la fiabilité globale du système.

Pourquoi utiliser la modulation vectorielle par rapport à la méthode triangulo-sinusoïdale ?

La modulation vectorielle permet d'élargir la zone linéaire de réglage de la tension de sortie et offre un meilleur taux de distorsion harmonique, ce qui en fait une stratégie supérieure pour l'onduleur à cellules imbriquées.

Quel logiciel a été utilisé pour valider les modèles ?

L'ensemble de la simulation numérique et de la validation des stratégies a été réalisé à l'aide du logiciel MATLAB/SIMULINK.

En quoi la structure de l'onduleur à cellules imbriquées diffère-t-elle des onduleurs NPC ?

Bien que le principe de fonctionnement soit proche, la structure à cellules imbriquées assure une tension de blocage uniforme sur les interrupteurs et offre une meilleure modularité pour augmenter le nombre de niveaux.

Comment le problème des coefficients variables dans les équations a-t-il été résolu ?

Les chercheurs ont utilisé la transformation de Park pour transformer le système d'équations à coefficients périodiques en un système à coefficients constants, facilitant ainsi la simulation et l'analyse.